(57)【要約】【課題】指静脈パターンを利用する個人認証装置について、認証精度を確保しつつ一層の小型化を可能にする。【解決手段】レンズアレイ３及び撮像素子６を含む複眼撮像系により指１の内部の静脈を被写体として撮像する。立体像演算部１０２において、撮像された複眼画像中の複数の個眼像に基づいて被写体の立体像を生成する。この立体像を個人認証に利用する。生体内部の奥行き方向についても静脈パターンの情報を利用できるため、指のそれほど広い範囲を撮像しなくとも認識精度を確保でき、したがって、複眼撮像系の厚み・面積を減らし装置全体の小型化を図ることが容易である。【選択図】図１
2010039534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイとその像側に位置する撮像素子とを含み、前記レンズアレイの被写体側に位置する生体部位の内部の血管を被写体として、前記レンズアレイの各レンズにより結像される像（個眼像と記す）の集合である複眼像を前記撮像素子で撮像する複眼撮像系、
前記複眼撮像系により撮像された複眼像中の複数の個眼像に基づいて前記被写体の立体像を生成する立体像生成手段、
を有し、
前記立体像生成手段により生成される立体像を前記生体部位に関する生体情報として取得する生体情報取得装置。
【請求項２】
複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイとその像側に位置する撮像素子とを含み、前記レンズアレイの被写体側に位置する生体部位の内部の血管を被写体として、前記レンズアレイの各レンズにより結像される像（個眼像と記す）の集合である複眼像を前記撮像素子で撮像する複眼撮像系、
前記複眼撮像系により撮像された複眼像中の複数の個眼像に基づいて前記被写体の複数の立体像を生成する立体像生成手段、
前記立体像生成手段により生成された複数の立体像を合成して単一の立体像を生成する立体像合成手段、
を有し、
前記立体像合成手段により生成される立体像を前記生体部位に関する生体情報として取得する生体情報取得装置。
【請求項３】
複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイとその像側に位置する撮像素子とを含み、前記レンズアレイの被写体側に位置する生体部位の内部の血管を被写体として、前記レンズアレイの各レンズにより結像される像（個眼像と記す）の集合である複眼像を前記撮像素子で撮像する複眼撮像系、
前記複眼撮像系により撮像された複眼像中の複数の所定の個眼像に基づいて前記被写体の立体像を生成する立体像生成手段、
前記撮像素子により撮像された複眼像中の前記所定の個眼像以外の複数の個眼像に基づいて、前記被写体の平面的な再構成像を生成する再構成像生成手段、
を有し、
前記立体像生成手段により生成される立体像及び前記再構成像生成手段により生成される再構成像を前記生体部位に関する生体情報として取得する生体情報取得装置。
【請求項４】
前記複眼撮像系は、前記レンズアレイの各レンズを通過する光線の像面上でのクロストークを防止するための遮光手段を含むことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の生体情報取得装置。
【請求項５】
前記複眼撮像系は前記生体部位に光を照射する照明手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生体情報取得装置。
【請求項６】
前記照明手段の光射出部が前記生体部位の表面に接触するように配置されたことを特徴とする請求項５に記載の生体情報取得装置。
【請求項７】
前記照明手段は近赤外光を照射することを特徴とする請求項５に記載の生体情報取得装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の生体情報取得装置、
前記生体情報取得装置により取得された生体情報又は該生体情報から抽出した特徴量を予め登録されたデータと照合することにより個人認証を行う認証処理手段、
を有する個人認証装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の生体情報取得装置、
動作を登録動作又は認証動作に切り替える動作切替手段、
前記動作切替手段により動作が登録動作に切り替えられた場合に、前記生体情報取得装置により取得された生体情報又は該生体情報から抽出した特徴量を、個人認証のためのデータとして登録するデータベース手段、
前記動作切替手段により動作が認証動作に切り替えられた場合に、前記生体情報取得装置により取得された生体情報又は該生体情報から抽出した特徴量を前記データベース手段に登録されているデータと照合することにより個人認証を行う認証処理手段、
を有する個人認証装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報を利用する個人認証の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会の中、機器や情報にアクセスする個人が所定の者かどうかを判定するための個人認証装置の需要がますます高くなっている。既に指紋や顔、目の虹彩、指や手の静脈などの生体情報を利用する個人認証装置が多く実用化されているが、認証の精度、偽造による不正アクセス、装置のサイズやコスト等の問題で、まだまだ実用に制約がかけられるケースが少なくない。
【０００３】
個人認証方法のひとつとして、指や手の静脈パターンを利用する認証方法がある。この静脈認証方法は、生体内部の静脈をカメラで撮影し、撮影した静脈パターンをあらかじめデータベースに登録しておいた静脈パターンと照合することにより、被認証者が所定の人物であるか否かを判定する。静脈パターンは生体部位の内部に隠された生体情報であり、指紋や顔を用いる他の認証方法に比べて模造品を作りにくく、簡便でかつ認証精度が高いというメリットを有する。そのため現在、高い認証精度が求められる場面で静脈認証が利用されている。
【０００４】
静脈認証には、手のひらや甲の静脈パターンを対象にする方法と指の静脈パターンを対象とする方法がある。手のひらや甲を正しい位置に静止させるためには比較的サイズが大きな固定台などが必要となるが、手の指はそのような大きな固定台などを設けなくとも正しい位置に容易に静止させることできる。したがって、手のひらや甲の静脈パターンを利用する方法に比べ、手の指の静脈パターンを利用する方法は装置の小型化の点で一般に有利である。
【０００５】
指の静脈認証を行う装置として、例えば特許文献１，２に開示されているようなものがある。
【０００６】
【特許文献１】特許第３６３０６７５号公報
【特許文献２】特開２００８−９７３２７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のような装置の場合、指には元々血管が少ないので指のできるだけ広い範囲を撮影したいという要請から、指とカメラとの距離、並びにカメラの撮影レンズの撮像距離をある程度確保する必要があり、この点が装置小型化の妨げとなっている。
【０００８】
一方、特許文献２のようなレンズアレイを用いたカメラにより個人認証装置を構成するならば、通常の単眼レンズを用いたカメラに比べて装置の薄型化を図ることができる。しかし、特許文献２のような構成であっても、小面積化が進む汎用の撮像素子を用いる場合に、至近距離にある被写体の広い範囲を撮影することに関して限界があることは否めない。時流に従い撮像素子のさらなる小面積化が進むと、至近距離にある被写体に対し、視野角をより大きく広げて撮影する必要性が高くなるため、シェーディングやディストーション等の光学的な不具合の影響により、品質のよい静脈パターン画像を取得することが困難になってくるからである。
【０００９】
本発明は以上の諸点に鑑みなされたもので、生体情報を利用する個人認証装置について認証精度を確保しつつ一層の小型化を可能にすること、また、そのような個人認証装置の実現を可能にする生体情報取得装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、
複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイとその像側に位置する撮像素子とを含み、前記レンズアレイの被写体側に位置する生体部位の内部の血管を被写体として、前記レンズアレイの各レンズにより結像される像（個眼像と記す）の集合である複眼像を前記撮像素子で撮像する複眼撮像系、
前記複眼撮像系により撮像された複眼像中の複数の個眼像に基づいて前記被写体の立体像を生成する立体像生成手段、
を有し、
前記立体像生成手段により生成される立体像を前記生体部位に関する生体情報として取得する生体情報取得装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、
複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイとその像側に位置する撮像素子とを含み、前記レンズアレイの被写体側に位置する生体部位の内部の血管を被写体として、前記レンズアレイの各レンズにより結像される像（個眼像と記す）の集合である複眼像を前記撮像素子で撮像する複眼撮像系、
前記複眼撮像系により撮像された複眼像中の複数の個眼像に基づいて前記被写体の複数の立体像を生成する立体像生成手段、
前記立体像生成手段により生成された複数の立体像を合成して単一の立体像を生成する立体像合成手段、
を有し、
前記立体像合成手段により生成される立体像を前記生体部位に関する生体情報として取得する生体情報取得装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、
複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイとその像側に位置する撮像素子とを含み、前記レンズアレイの被写体側に位置する生体部位の内部の血管を被写体として、前記レンズアレイの各レンズにより結像される像（個眼像と記す）の集合である複眼像を前記撮像素子で撮像する複眼撮像系、
前記複眼撮像系により撮像された複眼像中の複数の所定の個眼像に基づいて前記被写体の立体像を生成する立体像生成手段、
前記撮像素子により撮像された複眼像中の前記所定の個眼像以外の複数の個眼像に基づいて、前記被写体の平面的な再構成像を生成する再構成像生成手段、
を有し、
前記立体像生成手段により生成される立体像及び前記再構成像生成手段により生成される再構成像を前記生体部位に関する生体情報として取得する生体情報取得装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１，２又は３の発明の生体情報取得装置において、前記複眼撮像系が、前記レンズアレイの各レンズを通過する光線の像面上でのクロストークを防止するための遮光手段を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項の発明の生体情報取得装置において、前記複眼撮像系が前記生体部位に光を照射する照明手段を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５の発明の生体情報取得装置において、前記照明手段の光射出部が前記生体部位の表面に接触するように配置されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項５の発明の生体情報取得装置において、前記照明手段が近赤外光を照射することを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、
請求項１乃至７のいずれか１項の発明の生体情報取得装置、
前記生体情報取得装置により取得された生体情報又は該生体情報から抽出した特徴量を予め登録されたデータと照合することにより個人認証を行う認証処理手段、
を有する個人認証装置である。
【００１８】
請求項９の発明は、
請求項１乃至７のいずれか１項の発明の生体情報取得装置、
動作を登録動作又は認証動作に切り替える動作切替手段、
前記動作切替手段により動作が登録動作に切り替えられた場合に、前記生体情報取得装置により取得された生体情報又は該生体情報から抽出した特徴量を、個人認証のためのデータとして登録するデータベース手段、
前記動作切替手段により動作が認証動作に切り替えられた場合に、前記生体情報取得装置により取得された生体情報又は該生体情報から抽出した特徴量を前記データベース手段に登録されているデータと照合することにより個人認証を行う認証処理手段、
を有する個人認証装置である。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１乃至７記載の発明に係る生体情報取得装置においては、生体部位内の血管の立体像を生体情報として取得するが、これは、二次元平面内のみならず奥行き方向に関しても血管パターンの情報が取得されるということである。したがって、この生体情報取得装置により取得した生体情報を用いて個人認証を行うならば、二次元平面内のみについての血管パターン情報を利用して個人認証を行う場合（例えば特許文献２の装置の場合）に比べ、生体部位の撮像する範囲が狭くとも認証精度を確保可能である。そして、生体部位のさほど広くない範囲を撮像するのであれば、被写体すなわち血管が至近距離にあっても視野角を狭くできるため、シェーディングやディストーションといった光学的な不具合の影響を抑えつつ複眼撮像系の薄型化を図ることができ、さらに、生体部位と複眼撮像系との接触面積も小さくでき、したがって装置全体を小型化することができる。よって、この生体情報取得装置を個人認証装置に適用するならば、認証精度を確保しつつ個人認証装置のいっそうの小型化を実現することが可能になる。
【００２０】
さて、立体像を生成するためには、視差を有する少なくとも２つの個眼像があればよいが、その個眼像間の視差が大きいほど距離分解能は上がる。そこで、高い距離分解能を得るために、視差の大きな個眼像の対、例えば複眼像における対角方向で最も離れた個眼像の対を立体像の生成に用いてもよい。しかし、被写体距離が得られるのは個眼像間の重複領域でのみであり、その重複領域は視差が大きいほど小さくなるので、視差の大きな個眼像対を用いると生成される立体像の面内のサイズは小さくなってしまう。このような個人認証に利用される生体情報としての立体像のサイズ縮小は、情報不足により認証精度の低下をまねくおそれがある。
【００２１】
請求項２記載の発明に係る生体情報取得装置においては、複眼像中の複数の個眼像に基づいて生体部位内の血管の複数の立体像を生成し、それらを合成した立体像を生体情報として取得する。したがって、生体情報としての立体像の面内でのサイズの縮小を抑えることができる。
【００２２】
請求項３記載の発明に係る生体情報取得装置においては、複眼像中の複数の所定個眼像に基づいて生成した生体部位内の血管の立体像に加え、複眼像中の他の複数の個眼像に基づいて生成した生体部以内の血管の平面的な再構成像も生体情報として取得する。したがって、この生体情報取得装置で取得した生体情報を利用して個人認証を行う場合、上記のように立体像の面内におけるサイズが小さくなったとしても、情報不足による認証精度の低下を防止することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明に係る生体情報取得装置においては、レンズアレイの各レンズを通過する光線の像面上でのクロストークを防止し、コーストやフレアなどのノイズの少ない血管パターンを撮像することができる。請求項５記載の発明に係る生体情報取得装置においては、生体部位に光を照射するため、血管パターンをコントラストよく撮像することができる。請求項６記載の発明に係る生体情報取得装置においては、照明手段の光出射部が生体部位の表面に略接触するため、生体部位表面での照明光の反射によるハレーションノイズや照明光量ロスを減らすことができる。請求項７記載の発明に係る生体情報取得装置においては、生体部位に近赤外光を照射するが、近赤外光は血液中の還元ヘモグロミンでよく吸収されるため、静脈パターンをコントラストよく撮像することができる。
【００２４】
以上に説明した生体情報取得装置を含み、該装置により取得した生体情報を利用し個人認証を行う構成の請求項８，９記載の発明に係る個人認証装置は、良好な認証精度を確保しつつ装置全体を小型化可能である。請求項９記載の発明に係る個人認証装置は、個人認証動作と個人認証用データの登録動作とを１台の装置で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例１に係る個人認証装置の構成説明図である。
【００２７】
この個人認証装置は、複眼撮像系と処理系とから構成されているが、まず複眼撮像系について説明する。図１において、１は人間の手の指である。１０は指１を撮像時に密着させる平板である。ここでは、指１を指先方向から観察している。２は指１の内部に存在する血管であり、当該複眼撮像系の被写体となる。３は被写体像を結像させるためのレンズアレイであり、複数の球面単レンズが、レンズ光軸と略直交する平面内に、二次元的にアレイ配列されてなるものである。レンズアレイ３を構成する各レンズとして、非球面単レンズ、両面球面レンズ又は両面非球面レンズを用いてもよく、あるいは、フレネルレンズや回折レンズを用いてもよい。４は、レンズアレイ３の各レンズを通過する光線の像面上でのクロストークを防止し、ゴーストやフレアなどのノイズ光を抑制するための遮光部材である。６はレンズアレイ３による像を撮像するための撮像素子であり、多数の画素６aが二次元的にアレイ配置されたものである。７は筐体であり、側壁部７ａと底板部７ｂとから構成される。
【００２８】
図２は、指１のない状態で複眼撮像系を被写体側から観察した図である。図２に見られるように、遮光部材４は平板に矩形穴をあけたもので、各矩形穴の一辺の長さは、レンズアレイ３の各レンズの有効径と略一致するか、その直径より大きくなっている。遮光部材４の各矩形穴は撮像素子６の撮像面近くまで伸びており、矩形穴のサイズによってレンズアレイ３の各レンズによる像、すなわち個眼像のサイズが決まる。レンズアレイ３を構成する各レンズは円形であるため、被写体からの光がレンズの有効範囲と矩形孔との隙間から撮像面に入射することを防止するために、レンズアレイ３の撮像側の面におけるレンズ有効径以外の部分に、被写体側から入射する光を反射するための薄膜５が形成されている。このレンズアレイ面に設けられた薄膜５は遮光部材４とともに、隣接レンズ間でのクロストークなどによるフレア光を除去するための遮光手段を構成している。薄膜５は金属膜の蒸着や着色樹脂の印刷等で形成できる。
【００２９】
レンズアレイ３は、透明の樹脂やガラス材料を用い、リフロー法や面積階調マスク法、研磨法などの加工法、あるいは、それらの加工法で作製した型を用いた成形加工法などで作製できる。遮光部材４は、樹脂、ガラス、金属などを材料とした平板に、エッチングやドリル加工、レーザ加工等で穴あけすることにより製作される。エッチングやレーザ加工を用いると、遮光部材４のレンズ光軸方向への高さに制約がある場合があるが、その場合は薄く製作した遮光部材をレンズ光軸方向に重ねて接着することにより、必要な高さを確保すればよい。なお、遮光部材４は、材料に不透明なものを用いたり、透明材料にコーティングを施したり壁面を荒らしたりして、光の透過や反射を抑制できるようにする。
【００３０】
撮像素子６は例えばＣＭＯＳ撮像素子であるが、ＣＣＤ撮像素子などであってもよい。ＣＭＯＳ撮像素子等には、撮像面を保護するためのカバーガラスが設けられたものがあるが、本実施例ではカバーガラスのない撮像素子が示されている。カバーガラスのある撮像素子を用いてもよいが、その場合は、カバーガラスによる光の屈折の影響を考慮して、レンズアレイ３の形状や位置を設計する必要がある。また撮像素子にはエイリアジング防止のための光学的なローパスフィルタが撮像面付近に設けられたものがあるが、ここでは装置の薄型化のため、ローパスフィルタは設けられていないものとする。遮光部材４と撮像面との接触により撮像素子４の破壊を防止するため、遮光部材４を撮像素子４の撮像面からわずかに浮かせている。レンズアレイ３と遮光部材４は筐体７の底板部７ａで保持されている。撮像素子４の撮像面がカバーガラスなどで保護されている場合は、遮光部材４をカバーガラス面に接触させて配置してもよい。
【００３１】
図１の構成では、レンズアレイ３と筐体７の底板部７ｂとで撮像面のある空間が密閉されるため、撮像面へのゴミ等の混入付着を防止することができる。また、遮光部材４が撮像面からわずかに浮いているため、遮光部材底面と撮像面との間の空間を光が通過して光線のクロストークを生ずることがないように、撮像面と平行な方向の面内でのレンズアレイ３のレンズのピッチが設定されている。なお、被写体と像との位置関係について、レンズの結像関係は必ずしも成立する必要はなく、レンズのカットオフ周波数が要求される被写体の周波数を下回らない範囲で位置を定めればよい。
【００３２】
複眼撮像系は、指１に光を照射するための照明手段を有する。本実施例では、この照明手段として、生体に対する吸収率が低い波長の光、好ましくは近赤外光を発する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）８が、レンズアレイ３の周囲を取り囲むように、筐体７の側壁部７ａに設けられている。９はＬＥＤ８を駆動する発光制御部である。ＬＥＤ８の発光のＯＮ・ＯＦＦを装置電源のＯＮ・ＯＦＦと連動させることもできるが、装置電源がＯＮしている間、常時ＬＥＤ８が発光するのは安全上などから望ましくない。したがって、好ましくは、例えば、指１を検知するためのスイッチ（不図示）を設け、このスイッチにより指１が検知されたときに発光制御部９でＬＥＤ８の発光をＯＮするようにするとよい。
【００３３】
平板１０は、ＬＥＤ８による照射光に対して透過率を有する材料、例えばレンズアレイ３と同じ材料からなり、その内側の面に、ＬＥＤ８による照射光の波長近傍の光を通過させるバンドパスフィルターとして作用する光学薄膜が蒸着されている。平板１０は、レンズアレイ３との間に空気層１１を設けるように設置されているが、空気層１１を設けず平板１０をレンズアレイ３と密着させてもよい。図１のように空気層１１を設ける場合は、平板１０の厚み、空気層厚み、並びにレンズアレイ３の厚みから、レンズアレイ３を構成する各レンズの主平面から被写体までの距離、すなわち被写体距離が規定される。平板１０とレンズアレイ３を密着させる場合は、平板１０の厚みとレンズアレイ３の厚みから被写体距離が規定される。なお、空気層１１は、真空の層としてもよいし、空気以外の気体を充填した層としてもよい。
【００３４】
生体情報を取得する場合、図１に見られるように、指１を平板１０に接触させるが、この際に、光出射部となる筐体側壁部７ａの上端に指１が略接触した状態となる。赤外光はこの光出射部より射出して指に照射されるが、光出射部と指とが略接触しているため、指表面での赤外光の反射によるハレーションノイズや光量ロスを減らすことができる。近赤外光は、生体に対して透過率を有するが、血液中の還元ヘモグロビンでよく吸収を受けることが知られており、そのため照射されたれた近赤外光は生体内部で透過散乱したのち撮像素子６の撮像面に到達し、被写体である血管２（特に静脈）により吸収を受けた部分のパターン像が撮像素子６で撮像される。
【００３５】
なお、図１ではＬＥＤ８からの光は真上方向に、すなわち撮像面に対し垂直な方向に出射されるようになっているが、より適正なコントラストの血管パターン画像が得られるように、指１の中心や側面などに向けて斜め上方に出射させるようにしてもよい。また、ＬＥＤ８からの光をより効率的に指に照射するため、図１に示すように、ＬＥＤ８と光出射部の間の光路中にレンズ８ａを設けてもよい。
【００３６】
図３(a)は実際に観察されるべき指の血管パターンの模式図であり、図中の１２は血管に相当する。このような血管パターンは、図３(b)に示すような複眼像として撮像素子６で撮像される。図３(b)において、１３はレンズアレイ３の個々のレンズによる像、すなわち個眼像であり、１４は遮光部材４の影像である。レンズごとに少しずつ視野が異なるため、個眼像間に視差を有する。また、複眼像において、血管パターンは上下左右に反転した像となっている。
【００３７】
以上、複眼撮像系について説明した。次に処理系について説明する。処理系には画像入力部１０１、立体像演算部１０２、登録／認証切替部１０３、立体像登録データベース部（ＤＢ）１０４、立体像照合演算部１０５、判定出力部１０６が含まれる。
【００３８】
画像入力部１０１は、複眼撮像系の撮像素子６より出力される図３(b)に示すような複眼像のデータを取り込み、その複眼像から遮光部材４による影の領域を除去して複眼像を構成する個眼像を抽出する。遮光部材の影領域は各個眼像より暗くなるため、複眼像を適当な閾値を用い２値化するなどの方法により遮光部材の影領域を容易に除去できる。あるいは、レンズアレイ３のレンズピッチ、撮像素子６の画素のサイズ、遮光部材４の壁厚により、複眼像におけるどの領域が個眼像に相当するかはほぼ予測できるため、複眼像内で予測した位置から一意的に各個眼像を抽出するようにしてもよい。複眼像から抽出された個眼像は立体像演算部１０２に入力される。なお、個眼像の抽出を立体像演算部１０２で行うようにしてもよい。
【００３９】
立体像演算部１０２は、複数の個眼像に基づいて演算処理により被写体の１以上の立体像を生成する手段（立体像生成手段）である。立体像を得るための演算処理はステレオ法をベースとする。図４のようなモデルにおいて、１５は被写体位置にある任意の点を表し、３と４はレンズアレイと遮光部材である。３ａと３ｂはレンズアレイを構成する任意位置でのレンズを表す。図４ではレンズ３ａ，３ｂは隣接したレンズとして示してあるが、隣接せず離れた位置にあるレンズであってもよい。被写体距離をａ、撮像距離をｂ、レンズピッチをｐとし、レンズ３ａによる点１５の像とレンズ３ｂによる点１５の像の個眼像上でのずれ、すなわち視差をｓとする。図３(b)における任意の２つの個眼像について、被写体像を構成する特定点の両画像間でのずれを検出することにより、sを検出する。そしてsに基づき次の（１）式から点１５の被写体距離ａを求めることができる。
a＝p・b／s              （１）
【００４０】
実際のsの検出については、被写体像のテクスチャを利用できる。個眼像の全体にわたってテクスチャが存在する場合は、例えば一方の画像の5×5画素小領域を他方の画像上で移動させながら両者の画素輝度の偏差を求める。図５はその様子を説明する図であり、図５(a)は上記一方の画像に相当し、図５(b)は上記他方の画像に相当する、任意の小領域１６aを他方の画像上のｘｙ方向に移動させ、一方の画像と他方の画像における小領域の画素輝度の偏差を求める。図５(b)の１６a’の位置で当該偏差が最小になった場合は、その移動量sxa、syaから√（sxa2＋sya2）として、その小領域の視差ｓaとする。また図５(a)における小領域１６bについて、上記と同様にしてその視差sbを求める。このように、小領域内に含まれる被写体の被写体距離に応じて、上記sは変わってくるため、注目する小領域を逐次変えながら、画像を構成する全部の小領域についてsを求め、（１）式に基づきそれぞれの小領域の被写体距離ａを算出すると被写体の距離画像、すなわち立体像を取得することができる。小領域のサイズにより立体像における面内空間分解能が決まる。そのため小領域のサイズを小さくすると当該面内空間分解能は上がるが、計算時間がかかることになる。必要な面内空間分解能や計算時間に応じて小領域のサイズを決めればよい。また、距離分解能を上げたい場合は、画像を補間拡大してから上記処理を実行すればよい。
【００４１】
小領域にテクスチャが含まれないと、上記両画像の小領域間での画素輝度の偏差が生じにくくなり、距離の計算結果の信頼性が低くなる。そのため、血管像のようにテクスチャが少ない場合は、はじめに画像内で血管像に相当する領域を、テクスチャが存在する有効領域として抜き出しておき、当該有効領域でのみ被写体距離を求めるようにするとよく、それにより、信頼性の低い距離計算結果を排除するとともに、計算を高速化することができる。
【００４２】
本実施例に係る個人認証装置は、以上のようにして生成された被写体の立体像を、指１に固有の生体情報として取得し、これを個人認証に利用する。すなわち、本実施例に係る個人認証装置は、個人認証のための生体情報を取得する生体情報取得装置を包含するものである。
【００４３】
本実施例に係る個人認証装置は、登録／認証切替部１０３により、動作を認証動作又は登録動作に切り替えることができる。
【００４４】
ある人物について登録を行いたい場合には、動作を登録動作に切り替え、その人物の指を図１に示すようにセットしてその生体情報である被写体の立体像を取得させる。この立体像は登録／認証切替部１０３を介し立体像登録データベース部１０４へ転送され、個人認証用データとして登録される。
【００４５】
個人認証を行いたい場合には、動作を認証動作に切り替え、被認証者の指を図１のようにセットしてその生体情報である被写体の立体像を取得させる。この立体像は登録／認証切替部１０３を介して立体像照合演算部１０５に転送される。また、立体像登録データベース部１０４から登録立体像が順次取り出され、立体像照合演算部１０５に入力される。立体像照合演算部１０５において、登録／認証切替部１０３から入力された立体像（取得立体像と呼ぶ）と、立体像登録データベース部１０４から取り出された登録立体像との照合演算を行う。判定出力部１０６は、立体像照合演算部１０５による照合演算の結果に基づき被認証者が登録済み人物であるか否かを判定し、その判定結果を出力する。例えば、取得立体像が、登録立体像のひとつと一致したときに被認証者が登録済みの人物であると判定し、登録立体像のいずれとも一致しないときは登録済みの人物でないと判定する。このように、判定出力部１０６は立体像照合演算部１０５とともに認証処理手段を構成するものである。
【００４６】
立体像照合演算部１０５での照合演算には公知のパターンマッチング演算などを用いればよい。なお、登録動作において、立体像登録データベース部１０４で、立体像から血管パターンの分岐点の位置座標や分岐方向などの特徴量を抽出し、この特徴量を認証用データとして登録するようにし、認証動作において、立体像照合演算部１０５で取得立体像から同様の特徴量を抽出して、この特徴量と立体像登録データベース部１０４に登録された特徴量とを照合するようにしてもよい。このようにすると照合演算時間を短縮化することができる。かかる形態も本発明に包含される。
【００４７】
ここまでの説明から理解されるように、本実施例に係る個人認証装置は、生体情報を取得し、取得した生体情報又はそれより抽出した特徴量を個人認証用データとして登録する装置を包含するものである。なお、立体像登録データベース部１０４を装置内に設けず、装置外に設けられた立体像登録データベースより個人登録データ（立体像又はその特徴量）を取り込んで立体像照合演算部１０５に入力するような構成とすることもでき、かかる構成の個人認証装置も本発明に包含される。
【００４８】
図１に示したレンズアレイ３は、１つの部材として一体的に形成されたものであった。しかし、レンズアレイ３は、物理的に独立した複数のレンズを２次元的にアレイ配列したものであってもよく、そのようなレンズアレイを用いた複眼撮像系の一例を図６に示す。図６において、２２はレンズアレイを構成する物理的に独立したレンズであり、その光軸に略垂直な平面に２次元的にアレイ配列されている。この例では、レンズ２２は、紙面と平行方向に２列に、紙面と垂直方向に例えば２列に並べられ、それぞれが筐体底板部７ｂに保持されている。筐体底板部７ｂはレンズ２２を保持する部分が矩形孔状にくりぬかれており、筐体底板部７ｂの隣り合うレンズ２２の間に位置する部位が隣接レンズ間のクロストークを抑える遮光手段として作用する。
【実施例２】
【００４９】
図７は、本発明の実施例２に係る個人認証装置の構成説明図である。本実施例に係る個人認証装置と前記実施例１に係る個人認証装置との相違点は、処理系に立体像合成演算部１０７（立体像合成手段）が追加され、立体像演算部１０２で複数の個眼像対それぞれに基づき複数の立体像が生成され、これら複数の立体像から、立体像合成演算部１０７で、よりサイズの大きな１つの立体像が合成される（この合成立体像が生体情報として取得される）ことである。この相違点についてさらに説明する。
【００５０】
立体像生成において、距離検出のためには視差を有する少なくとも２つの画像があればよく、また、その視差が大きいほど距離分解能は上がる。そのため、例えば複眼像における対角方向で最も離れた個眼像２つを用いて立体像を生成してもよい。しかし一方で、当該被写体距離は両個眼像で重複する領域でしか得られないため、両個眼像間での視差が大きいほど重複領域は小さくなって生成される立体像の面内でのサイズは小さくなる。例えば、レンズアレイ３のレンズ３ａによる個眼像とレンズ３ｃによる個眼像の対から立体像を生成する場合、レンズ３ａ，３ｃの視野の重複領域２ａでしか立体像を得られない。このようにサイズの小さな立体像を生体情報として個人認証に利用すると、情報不足により認証精度が低下するおそれがある。
【００５１】
そこで、本実施例では、複眼像における複数の個眼像対それぞれから複数の立体像を生成し、これら複数の立体像を１つの立体像に合成することにより、面内でのサイズの大きな立体像を取得しようとするものである。以下、図８乃至図１０を参照して説明する。
【００５２】
図８に処理フローの一例を示す。ｓｔｅｐ１において、複眼撮像系により撮像された複眼像が画像入力部１０１に取り込まれ、該複眼像の各個眼像が抽出されて立体像演算部１０２（立体像生成手段）に入力される。
【００５３】
ｓｔｅｐ２からｓｔｅｐ１０までは立体像演算部１０２での処理ステップである。ここでは、図９のような複眼像における個眼像配置を想定している。ＭとＮはｘ方向とｙ方向における個眼像数であり、ここではＭ＝Ｎ＝５である。
【００５４】
最初の個眼像対として個眼像A(1，1)，A(2、1)が選択され、この個眼像対から１つの立体像が生成される。個眼像対から立体像を生成する方法は前記実施例１で述べた通りである。次の個眼像対として個眼像A(2，1)，A(3、1)が選択され、この個眼像対に基づいて１つの立体像が生成される。次に個眼像A(3，1)，A(4、1)が選択され、この個眼像対に基づいて１つの立体像が生成される。次に個眼像A(4，1)，A(5、1)が選択され、この個眼像対に基づいて１つの立体像が生成される。次に個眼像A(1，2)，A(2、2)が選択され、この個眼像対に基づいて１の立体像が生成される。このように、複眼像においてラスタ順に１つずつずらしながら個眼像対を順次選択して立体像を生成する。生成された各立体像は立体像合成演算部１０７に順次転送される。
【００５５】
次に、立体像合成演算部１０７において、立体像演算部１０２より転送された複数の立体像から単一の立体像を合成する処理を行い（ｓｔｅｐ１１）、得られた合成立体像を出力する（ｓｔｅｐ１２）。
【００５６】
図１０は、立体像合成処理の説明図である。図１０において、１７は各個眼像対から生成された立体像を表す。各立体像１７における升目は距離演算で用いた小領域を表し、各小領域に対応して算出された被写体距離が格納されている。図１０において、各立体像１７は、その生成に用いられた個眼像対の位置に応じて配置されている。図９に示す複眼像における隣接するレンズによる個眼像対から立体像を生成した場合、１６個の立体像１７が得られている。１８は、合成される単一の立体像（合成立体像）を表し、メモリ空間に仮想的に生成するものである。各立体像１７は、レンズアレイにおけるレンズピッチ分ずつシフトした位置から被写体を観察しており、例えば小領域１７aと小領域１７bとはレンズピッチだけ実空間でシフトした位置に相当する。当該シフト量に応じて、各立体像１７の距離データを図１０のように空間１８に順次配置していき、全立体像のデータを配置すれば単一の合成立体像が得られる。図１０の空間１８ではデータの配置間隔をちょうど１（単位は小領域）としているが、１を超え、あるいは、０．５や２．１など小数を含むような場合は、補間により配置すべきデータの値を求めてもよい。
【００５７】
ここでは立体像演算部１０２において、隣接した個眼像の対を用いて立体像を生成したが、これに限られない。個眼像A(1,1)，A(3,1)というように隣接しない個眼像の対を用いて立体像を生成してもよいし、また、複眼像中の一部の個眼像のみ立体像生成に利用するようにしてもよい。立体像の生成のために、どのような個眼像対を用いるか、あるいは、複眼像中の個眼像のいくつを用いるか等は、要求される計算時間、立体像のサイズ、距離分解能等を考慮して適宜決めればよい。
【００５８】
さて、登録／認証切替部１０３で動作が登録動作に切り替えられた場合には、立体像登録データベース部１０４において、立体像合成演算部１０７より出力された立体像、あるいは、該立体像から抽出された特徴量（血管パターンの分岐点の位置座標や分岐方向など）が、個人認証用データとして登録される。登録／認証切替部１０３で動作が認証動作に切り替えられた場合には、立体像照合演算部１０５で、立体像合成演算部１０７より出力された立体像又はそれから抽出した特徴量と、立体像登録データベース部１０４から取り出された立体像又は特徴量との照合演算が行われ、照合演算の結果から判定出力部１０６で被認証者が登録済みの人物であるか否かが判定され、その結果が出力される。
【００５９】
ここまでの説明から理解されるように、本実施例に係る個人認証装置は、立体像合成演算部１０７による合成立体像を指１に固有の生体情報として取得する生体情報取得装置を包含するものであり、また、この生体情報又はそれより抽出した特徴量を個人認証用データとして登録する装置を包含するものである。
【００６０】
なお、立体像登録データベース部１０４を装置内に設けず、装置外に設けられた立体像登録データベースより個人登録データ（立体像又はその特徴量）を取り込んで立体像照合演算部１０５に入力するような構成とすることもでき、かかる構成の個人認証装置も本発明に包含される。
【実施例３】
【００６１】
前記実施例２においては、複数の個眼像対に基づいて生成した複数の立体像から、よりサイズの大きな１つの立体像を合成し、これを認証に利用することにより、個眼像対から生成される個眼像のサイズが小さい場合にも高い認証精度を確保することができる。しかし、複数の立体像を１つの立体像に合成する処理のために演算時間が増大する点が難点である。
【００６２】
本発明の実施例３においては、複眼像中の複数の所定の個眼像を利用して被写体の１以上の立体像を生成するとともに、他の複数の個眼像から被写体の平面的な単一の再構成像を生成し、被写体の立体像と再構成像の両方を個人認証に利用することにより、立体像のサイズが小さい場合にも情報不足による認証精度の低下を防止することができる。また、平面的な再構成像の生成処理は、立体像の合成処理に比べ演算時間は少なくて済むため、必要な演算時間を抑えることができる。
【００６３】
図１１は、このような実施例３に係る個人認証装置の構成説明図である。複眼撮像系は前記実施例１，２と同様である。処理系は、再構成像演算部２０２、再構成像登録データベース部（ＤＢ）２０４、再構成像照合演算部２０５が追加されている点などが前記実施例１，２と異なる。
【００６４】
本実施例において、立体像演算部１０２（立体像生成手段）では、レンズアレイ３の両端部のレンズ３ａ，３ｃによる個眼像の対、すなわち、図９に示す左端列と右端列の個眼像の対（A(1,1)とA(5,1)の対、A(1,2)とA(5,2)の対、A(1,3)とA(5,3)の対、A(1,4)とA(5,4)の対、A(1,5)とA(5,5)の対）に基づいて被写体の５つの立体像を生成する。各個眼像対から立体像を生成する方法は前記実施例１に述べた通りである。再構成像演算部２０２（再構成像生成手段）では、レンズアレイの残りのレンズによる個眼像、すなわち図９に示す複眼像における中央部３列の個眼像から、被写体の平面的な単一の再構成像を生成する。
【００６５】
再構成像を生成するための演算処理について以下に説明する。個眼像で観察される血管（静脈）パターンは、本来はその奥行き方向の位置ごとに異なる視差を有するが、再構成像の生成の場合は、個眼像内では被写体は一定の視差を有するとして取り扱う。つまり、レンズ主平面から血管パターンが分布する平面との距離が一定であり、光学倍率及びレンズアレイにおける各レンズ間隔により決定される視差が一定であるとして扱う。
【００６６】
図１２は再構成像の生成の説明図である。図１２に示すように、再構成像生成に用いられる個眼像２１から画素輝度２１aを取り出し、個眼像の位置と視差に応じた、演算器内の仮想空間における再構成像２２の位置に、取り出した画素輝度を配置する。各個眼像の全画素に対して上記画素輝度の配置を繰り返すことにより、拡大像を取得することができる。仮想空間における再構成像２２のサイズを個眼像２１のサイズより大きくしておき、サブピクセルの視差を考慮しながら上記処理を実施すれば、個眼像の解像力より高い解像力で再構成像を生成することができる。なお、複眼像を構成する個眼像は、被写体の上下左右が反転しているが、図１２における個眼像２１は上下左右の反転を戻す処理をした後のものである。
【００６７】
図１３に、上述した再構成像生成に関連した処理フローを示す。画像入力部１０１において、撮像素子６から取り込んだ複眼像の上記中央部分を抽出し、該中央部分から遮光部材の影を除去した個眼像を抽出し、抽出した個眼像を再構成像演算部２０２へ転送する（ｓｔｅｐ２１，２２）。再構成像演算部２０２において、それら個眼像についてレンズアレイ３のレンズ間隔等で一意的に決まる視差を取得し（ｓｔｅｐ２３）、その視差を利用して図１２で説明したような個眼像の画素輝度の再配置により再構成像を生成し、出力する（ｓｔｅｐ２４，２５）。
【００６８】
なお、皮膚厚みの個人差などで血管平面までの距離が変わり、視差を一意的に決定できない場合は、各個眼像間の視差をブロックマッチング演算等により検出して、検出した視差を上記再構成処理に反映させてもよい。レンズアレイにおけるレンズピッチに誤差が少ない場合は、複眼像を構成する個眼像の中から基準とする個眼像１つと視差検出のための個眼像１つを取り出し、それらの個眼像間の視差を検出して、他の個眼像の基準個眼像に対する視差をレンズピッチに基づき算出してもよく、このようにすれば視差検出演算が一回で済むため演算負荷を低減することができる。
【００６９】
さて、本実施例に係る個人認証装置は、登録／認証切替部１０３で動作を登録動作又は認証動作に切り替えることができる。
【００７０】
登録動作に切り替えられた場合には、立体像演算部１０で生成された立体像及び再構成像演算部２０２で生成された再構成像が、立体像登録データベース部１０４及び再構成像データベース部２０５に個人認証用データとしてそれぞれ登録される。本実施例の場合、一人分の個人認証用データは、５つの立体像と１つの再構成像とからなる。
【００７１】
認証動作に切り替えられた場合には、立体像照合演算部１０５において、立体像演算部１０２により生成された立体像と、立体像登録データベース部１０４より取り出された立体像との照合演算が行われ、また、再構成像照合演算部２０５において、再構成像演算部２０２により生成された再構成像と再構成像データベース部２０４より取り出された再構成像との照合演算が行われる。この立体像及び再構成像の照合演算には、公知のパターンマッチング演算などを用いればよい。そして、判定出力部２０６において、同じ登録者に関する登録データについて、立体像照合演算部１０５の照合で一致がとれたと判定し、かつ、再構成像照合演算部２０５の照合で一致がとれたと判定した場合にのみ、被認証者を当該登録者と同一人であると最終的に判定し、その旨を出力する。このように、判定出力部２０６は、立体像照合演算部１０５及び再構成像照合演算部２０５とともに認証処理手段を構成するものである。なお、立体像照合演算部１０５の照合で一致がとれた場合とは、具体的には例えば、複数の個眼像対から生成された複数の立体像のうちの所定個数以上の立体像について一致した場合、所定位置の個眼像対から生成された立体像について一致した場合などである。
【００７２】
登録動作の際に、立体像登録データベース部１０４及び／又は再構成像登録データベース部２０４において、立体像又は再構成像から血管パターンの分岐点の位置座標や分岐方向などの特徴量を抽出し、該特徴量を認識用データとして登録するようにしてもよい。この場合、認証動作時に、立体像照合演算部１０５及び／又は再構成像照合演算部２０５において、被認証者について取得した立体像又は再構成像から同様の特徴量を抽出し、この特徴量と各データベース部１０４，２０４に登録されている特徴量との照合演算を行うようにする。かかる構成も本発明に包含される。
【００７３】
ここまでの説明から理解されるように、本実施例に係る個人認証装置は、指１に係る生体情報として、立体像演算部１０２により生成される被写体の立体像と、再構成像演算部２０２により生成される被写体の平面的な再構成像とを取得する生体情報取得装置を包含するものであり、また、この生体情報又はそれより抽出した特徴量を個人認証用データとして登録する個人認証用データ登録装置を包含するものである。
【００７４】
なお、立体像登録データベース部１０４及び再構成像登録データベース２０４を装置内に設けず、装置外に設けられた各データベースより個人登録データ（立体像又はその特徴量と再構成像又はその特徴量）を取り込んで立体像照合演算部１０５及び再構成像照合演算部２０５にそれぞれ入力するような構成とすることもでき、かかる構成の個人認証装置も本発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施例１に係る個人認証装置の構成説明図である。
【図２】複眼撮像系を被写体側から観察した図である。
【図３】血管パターンとその複眼像を示す模式図である。
【図４】立体像生成を光学的側面から説明する図である。
【図５】立体像生成を画像処理の側面から説明する図である。
【図６】物理的に独立した複数のレンズからなるレンズアレイを用いた複眼撮像系の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係る個人認証装置の構成説明図である。
【図８】複数の立体像を生成し、それら立体像から単一の立体像を合成する処理のフロー例を示すフローチャートである。
【図９】複眼像における個眼像の位置関係を説明するための図である。
【図１０】複数の立体像から単一の立体像を合成する処理を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例３に係る個人認証装置の構成説明図である。
【図１２】複数の個眼像から被写体の平面的な再構成像を生成する処理を説明する図である。
【図１３】複眼像から再構成像を生成する処理フロー例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１  指（生体部位）
２  血管（被写体）
３  レンズアレイ
４  遮光部材
６  撮像素子
８  発光ダイオード
１０２  立体像演算部
１０３  登録／認証切替部
１０４  立体像登録データベース部
１０５  立体像照合演算部
１０６  判定出力部
１０７  立体像合成演算部
２０２  再構成像演算部
２０４  再構成像データベース部
２０５  再構成像照合演算部
２０６  判定出力部
【図１】
2010039534.tif 000003
【図２】
2010039534.tif 000004
【図３】
2010039534.tif 000005
【図４】
2010039534.tif 000006
【図５】
2010039534.tif 000007
【図６】
2010039534.tif 000008
【図７】
2010039534.tif 000009
【図８】
2010039534.tif 000010
【図９】
2010039534.tif 000011
【図１０】
2010039534.tif 000012
【図１１】
2010039534.tif 000013
【図１２】
2010039534.tif 000014
【図１３】
2010039534.tif 000015